發(fā)布時間：2020-10-22 17:48

　　 焊接結(jié)構(gòu)廣泛用于石油、化工、電力及核能等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備中,由于生產(chǎn)工藝的需要,許多關(guān)鍵設(shè)備長期在極端和苛刻條件下服役,因焊接接頭失效引發(fā)的設(shè)備事故常有報道。由于焊接結(jié)構(gòu)存在材料及幾何上的不連續(xù)性,加之焊接本身是一個復(fù)雜的熱物理化學(xué)冶金過程,造成焊接接頭的組織和力學(xué)性能上不均勻性及不同幾何尺寸,給焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)、加工和實際應(yīng)用造成很大困難。目前,解決焊接接頭的失效問題,主要是將焊接接頭簡化成焊縫和母材的“雙材料”模型,未考慮熱影響區(qū)的影響,比較計入熱影響區(qū)性能和不考慮熱影響區(qū)性能對非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的影響,發(fā)現(xiàn)目前還沒有很好解決關(guān)于性能不均勻(力學(xué)性能不均勻性及不同幾何尺寸)對焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的影響。本文在對近年焊接接頭斷裂行為研究進展與缺陷評定理論研究進行了回顧和綜述的基礎(chǔ)上,增設(shè)計入熱影響區(qū)的影響,分析性能不均勻?qū)Ψ瞧ヅ浜附咏宇^熱影響區(qū)裂紋斷裂行為的影響規(guī)律,研究性能不均勻?qū)Ψ瞧ヅ浜附咏宇^熱影響區(qū)裂紋在啟裂前的影響,為試圖在生產(chǎn)實踐中通過工藝阻止裂紋擴展提供理論基礎(chǔ),同時找出性能不均勻?qū)κгu定點及失效評定曲線的影響規(guī)律,將與性能不均勻相關(guān)的失效評定圖技術(shù)應(yīng)用于壓力容器,進行焊接接頭熱影響區(qū)裂紋結(jié)構(gòu)完整性評定。論文在以下幾個方面開展了研究：(1)建立表征含裂紋的非匹配焊接接頭斷裂力學(xué)分析模型。通過增設(shè)計入熱影響區(qū)的影響,針對非匹配焊接接頭力學(xué)性能不均勻及不同的幾何尺寸,借鑒雙材料等效材料模型理論,建立非匹配焊接接頭“理想三材料”結(jié)構(gòu)的等效模型及當(dāng)量關(guān)系,并進行有限元和試驗驗證,為準(zhǔn)確把握非匹配焊接接頭的斷裂行為、為開展非匹配接頭裂紋的安全評估,建立可表征非匹配焊接接頭斷裂的力學(xué)分析模型。(2)獲得計入性能不均勻影響的非匹配焊接接頭極限載荷解。根據(jù)建立的非匹配焊接接頭“理想三材料”的簡化模型,運用非線性有限元方法,分析非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋在性能不均勻影響下的塑性變形,獲得非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋試樣的極限載荷計算公式,討論計入熱影響區(qū)力學(xué)性能及幾何尺寸對非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋極限載荷的影響,揭示焊縫強度匹配比MW,熱影響區(qū)強度匹配比MH、熱影響區(qū)不同寬度h對含熱影響區(qū)裂紋非匹配焊接接頭極限載荷的作用。(3)得到性能不均勻?qū)Ψ瞧ヅ浜附咏宇^熱影響區(qū)裂紋驅(qū)動力的影響規(guī)律。通過“理想三材料”的力學(xué)分析模型,依賴非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋等效模型的失效評定曲線,構(gòu)建非匹配焊接接頭的,J積分方程,獲得了非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋驅(qū)動力在性能不均勻影響下的計算公式。通過研究力學(xué)性能及幾何尺寸對非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋驅(qū)動力的影響,總結(jié)在性能不均勻因素影響下熱影響區(qū)中心裂紋驅(qū)動力的變化規(guī)律。(4)構(gòu)建適用于非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂評定的失效評定方法。在含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評定標(biāo)準(zhǔn)(R6)的基礎(chǔ)上,以非匹配焊接接頭簡化模型及等效材料力學(xué)分析模型為基礎(chǔ),并計入熱影響區(qū)的力學(xué)性能及幾何尺寸等影響因素,綜合研究性能不均勻因素對非匹配焊接接頭的無因次應(yīng)力強度因子Kr、無因次載荷Lr及非匹配焊接接頭當(dāng)量應(yīng)力一應(yīng)變曲線的影響規(guī)律,構(gòu)建出與性能不均勻相關(guān)的非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋失效評定曲線,找出含熱影響區(qū)裂紋非匹配焊接接頭的工程通用失效評定曲線,并由此建立非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的評定方法。綜合上述計算和分析結(jié)果,通過對含熱影響區(qū)裂紋壓力容器非匹配焊接結(jié)構(gòu)的案例分析,參照R6的缺陷評定程序,根據(jù)不同材料組配和幾何尺寸變化時對非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的影響,將與性能不均勻相關(guān)的失效評定曲線應(yīng)用到壓力容器焊接接頭斷裂評定中,得出了壓力容器非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋評定方法,應(yīng)用該方法到工程實際的壓力容器非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋中,開展結(jié)構(gòu)完整性評定,完善了非匹配焊接接頭的結(jié)構(gòu)完整性評定技術(shù)。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG407
【部分圖文】：

２．２．３試驗試樣加工??拉伸試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗方法》要求制作在熱影響區(qū)中也預(yù)制??４．８ｍｍ裂紋，試樣的結(jié)構(gòu)簡圖如圖２．１所示。??２．３試驗設(shè)備及試驗過程??２．?３．１試驗設(shè)備??采用國家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ?／?Ｔ２２８—２０１０?＂金屬材料室溢拉伸試驗方法＂，在萬能程序試驗機??上進行對試樣進行拉伸試驗，其拉伸速度為２ｍｍ／ｍｉｎ，試驗環(huán)境溫度為室溫，如圖２．２??所示。??纖峽—??ｍｉ％?ｉｓ??ａ?．?Ｔｅｎｓｉｏｎ?ｔ；ｅｓｔ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｂ．?Ｔｅｎｓｉｏｎ?ｓａｍｐｌｅ??圖２．?２拉伸試驗設(shè)備及試樣圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｔｅｓｔ?ｅｑ山ｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?比ｅ?ｓａｍｐｉｅ??試樣的幾何尺寸及試驗初始條件見表２．４所示。??表２．?４試樣的幾何尺寸及試驗初始條件??Ｔａｂｌｅ?２．４?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ?出ｍｅ打ｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ?ａｎｄ?ｔｅｓｔｉｎｇ?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ??＾?－ｈ?了ａ＾?廣??（ｍｍ）?（ｍｍ）?（ｍｍ）?（ＧＰａ）??ＭＴＡ－１?０．９６?６．３?４．７８?０．２９９?１６?２１０??ＭＴＡ－２?０．９６?４

第２１頁??２．３．２試驗過程??拉伸試樣和硬度試樣的取樣方式及幾何尺寸如圖２．１所示，焊縫處于試樣的中間，??試樣厚度取鋼板原始厚度，試樣的寬度�。玻担恚�，試樣的標(biāo)距為５０ｍｍ。記錄載荷－位移??記錄曲線。??（１）

ｇ．２．８ＦｉｎＵｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌｆｏｒｅ?ｃｒａｃｋｔｉｐ．??３００?夕??Ｉ?．??１２。。－?．．矣＾??１?．??１００－《??１００?２００?３００??了礎(chǔ)?Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ?／ＫＮ??圖２．９有限元分析結(jié)果和實驗結(jié)果的比較??Ｆｉｇ．?２．９?Ｃｏｍｐａｒｅ?ｏｆ?ＦＥ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｗｉｔｈ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??
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本文編號：2851911